無序、玻璃與局域化

滲流

/ per-koh-LAY-shun /

把水一滴一滴澆到乾咖啡粉上。起初,水只是浸濕一些孤立的小塊,哪兒也去不了。可加得足夠多,那些濕塊忽然連成一條貫通到底的通路——水穿透到了濾杯底部。那個零散的連接頭一回接成一條貫穿整個系統的通路的突然時刻,就是滲流。

滲流研究的是連通性如何在一個由隨機相連的部件組成的系統裡、一下子冒出來。設想一個網格,每條連線隨機地或通或斷,你慢慢增大「通」的比例。很長一段時間裡只有些小小的孤立簇;然後,在一個尖銳的閾值處,某個簇驟然長大到橫跨整個系統,一條貫通兩端的通路就此打開。這個臨界比例叫作滲流閾值,越過它,系統便從不連通翻轉為連通。

滲流之所以重要,是因為它用驚人簡單的規則,抓住了許多真實事物如何驟然「開啟」:導電顆粒與絕緣顆粒的混合物變得導電,多孔岩石開始讓石油滲過,森林火災蔓延或熄滅,疾病變成流行病。關鍵的洞見、也常令人意外的是:這種變化是驟然的,而非漸進的——剛低於閾值時幾乎什麼都過不去,剛高於它,一條通路便橫跨整個系統。連通性上一丁點的改變,就掀翻了整體的行為。

往橡膠裡摻一點導電的炭黑,混合物仍是絕緣體——炭黑顆粒散得太稀,彼此挨不上。繼續加炭黑,在某個臨界用量上,顆粒忽然從一側到另一側連成一張相通的網,橡膠便開始導電。這個滲流閾值,正是電子產品裡的抗靜電橡膠和導電橡膠被調校出來的依據。

導電橡膠:低於滲流閾值時絕緣;剛一越過,炭黑顆粒連成通路,它便導電。

滲流關乎幾何上的連通,而非量子波,這把它和安德森局域化區分開來。在滲流裡,一條通路要麼從物理上存在、要麼不存在,就像管道或通或堵;而在安德森局域化裡,困住源於波的干涉,哪怕沒有任何通路被堵死。兩者都把無序變成一場導電轉變,路徑卻大不相同。

又稱
percolation transition逾渗